微藻产业化流程相关设备

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生物质能源是清洁的可再生能源,是优质的石油能源替代品。大力发展生物质能源对经济可持续发展,推进能源替代,舒缓环境压力,控制大气污染具有极为重要的战略意义。   海藻是海洋植物的主体,是生长在海洋中的低等光合营养植物。海藻种类多样、光合作用效率高、生长繁殖快、生长周期短、生物产量高、自身合成油脂能力强,是制备生物柴油最佳的生物质原料之一。与油料作物相比,海藻细胞生长是指数式的生长繁殖方式,很多海藻含油率都在20 ~ 50%,某些海藻(干质量)的含油率甚至可以达到77%。直接从海藻中提取得到的油脂成分与植物油相似,可以作为生物柴油原料替代石油直接应用于工业。油料作物具有占用耕地面积大、生长周期长、受气候影响等问题,不能成为生物柴油原料油脂供应的长久之策。而海藻以简单分裂方式进行繁殖,生长周期短,易于大规模培养,不受气候限制,只要阳光充足就可以进行大量繁殖,同时还能大量吸收二氧化碳。

 

近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所能源藻类资源团队刘天中研究员等针对微藻生物柴油生产成本和能耗影响大的微藻油脂提取、微藻生物柴油转化等下游关键技术进行了系列研究,结果发表在Bioresour. Technol.、Eur. J. Lipid Sci. Technol.、J. Biobased Mater. Bioenergy等期刊。

经絮凝、离心等方法收获所得的藻泥(algae slurry) 中含水量高达70%以上,传统的油脂提取需要预先对湿藻进行干燥制备藻粉,但湿藻仅干燥过程的能耗就超过微藻产出的能源。为降低提油能耗与成本,该团队开展了亚临界条件下高含水量藻泥的直接油脂提取研究,发现以绿色、无毒的乙醇作为溶剂,微藻油脂提取效率达到90.2%(J. Biobased Mater. Bioenergy, 2011, 5: 385)。随后,进一步开发了乙醇-己烷共溶剂提取技术,油脂提取效率达到90%,但溶剂用量大幅度降低,与以往提取方法相比,表现出较高的提取效率和较低的能耗(Eur. J. Lipid Sci. Technol., 2012, 114:205)。

该团队还研究了湿藻泥储存过程中微藻油脂成分的变化。发现藻细胞经冻融后,在短期储存期后,胞内的甘油三酯可转化生成游离脂肪酸,大大提高微藻油脂的酸价,严重影响后期的生物柴油转酯化过程。对此,该团队发展并优化了酸催化预酯化-碱催化转酯化的生物柴油转化工艺,转化效率接近100%,制备的生物柴油各项指标达到了生物柴油国家标准GB/T 20828-2007和欧盟生物柴油EN 14214标准(Bioresour. Technol., 2012, 111:208)。

上述系列研究已开展相关中试研究,对于解决微藻油脂提取、生物柴油转化等微藻生物柴油产业化的下游加工关键技术发展具有重要意义。

 

 

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